前瞻半導體／單站多功能精密元件檢測系統

【撰文／梁雯晶】

隨著先進封裝從平面到垂直堆疊，精準檢測的難度也大幅提升。工研院開發「單站多功能精密元件檢測系統」，將傳統多站式檢測流程整合至單一站，不僅提升檢測效率，減少購置多台設備的成本，更能幫助臺灣廠商掌握設計與生產光學檢測關鍵模組的能力，進一步強化競爭優勢。

AI時代來臨，對運算更快、功能更強大的晶片需求日益迫切。然而，隨著半導體製程進入奈米等級，長期引領產業創新突破的「摩爾定律」（Moore's Law）正面臨物理極限與成本高漲的挑戰。

先進封裝技術中的CoWoS封裝結構（Chip on Wafer on Substrate；CoWoS），是透過晶片在基板上進行垂直堆疊封裝，解決單一晶片無法提升電晶體密度的困境，成為延續摩爾定律、提升晶片運算速度的有效解方之一。

由於先進封裝技術的異質整合及高精密製程，檢測難度顯著增加。因應這一趨勢及龐大的市場商機，國內外檢測大廠紛紛著手布局更加精準且具效益的檢測技術，以應對封裝元件日益複雜的內部結構。

整合重複功能　把檢測多站變成單站

由於2.5D／3D先進封裝製程的線路越來越細小及精密，單獨2D顯微系統難以分辨複雜圖案結構的所有關鍵尺寸，帶動晶圓線上複合檢測（Hybrid Metrology）的需求。工研院機械與機電系統研究所技術經理王浩偉指出，先進封裝製程晶圓檢測項目繁多，傳統的多站式光學檢測流程需要多台設備，依不同檢測參數分站進行。

這種檢測流程有2個缺點，首先，過程中必須不斷地將晶圓取出機台、送進機台，且每次換機器時都需要重新定位，相當耗費時間，也無法做到即時分析；再者，檢測設備昂貴，對終端顧客來說，每台投資下來所費不貲。「其實仔細分析檢測設備上的零件，有許多項目是重覆的，例如晶圓的承載台、機械手臂、靜電吸盤等，若能將檢測功能整合至同一台設備，將能降低設備成本。」王浩偉表示。

簡化傳輸單站多工　減少50%時間與成本

工研院研發的「單站多功能精密元件檢測系統」，將原本分散於不同設備的檢測功能，包括晶圓關鍵尺寸、缺陷、高度與粗度參數等，整合至單一設備。該系統提供2D顯微與3D干涉的多參數共光路檢測模式，與傳統多站式流程相比，能減少50%的檢測時間，解決多站重複傳輸、重新對位的不便，並降低原先多站模式的設備成本近50%，大幅提升晶圓檢測效益。

王浩偉進一步說明，該系統採用共光路設計，整合顯微與干涉檢測模式，能在同一視野下，即時提供2D與3D數據分析。「未來我們將持續優化完備系統，加入可檢測晶圓厚度及翹曲參數的共焦檢測模式，預期能進一步將檢測時間與成本降低60%至70%。」

建立國產光學檢測關鍵模組能量

隨著先進封裝製程日趨複雜，檢測市場需要更加彈性並能根據產品需求進行客製化調整的精準量測技術，這將成為未來趨勢。工研院期望透過「單站多功能精密元件檢測系統」的研發，協助臺灣廠商建立半導體光學檢測設備研發的實力，搶占未來先進封裝檢測市場商機。

王浩偉表示，目前臺灣在光學檢測模組的設計研發能力上較為不足，相關設備皆是從國外進口，「期待藉由工研院此次研發的光學檢測關鍵模組，幫助臺灣檢測設備廠掌握光學檢測模組Know-how。未來除了國產光學檢測設備的製造生產之外，也能建立客製化設計的能力，因應複雜度及難度愈來愈高的檢測需求。」

臺灣是全球半導體產業的重要基地，擁有優異的設計、製程、封裝與檢測能力。若能進一步掌握光學檢測設備的設計與製造技術，將強化產業鏈的競爭優勢，使產業鏈各環節的黏著度更緊密。

王浩偉期待，正當臺灣晶圓廠在半導體製程取得新突破之際，國內檢測設備系統也能快速調整設計，靈活應對產業需求，增強設備業者的應變能力與彈性，讓臺灣半導體產業有更多發展的自由度，鞏固產業鏈韌性與優勢地位。